风光储联合发电系统有功控制策略研究

摘要

新能源的大规模发展是大势所趋，但风电和光伏发电等间歇性能源规模化发展面临两大技术难题:一是具有随机性、波动性和间歇性，发电特性有待改善;二是难以有效预测、调度和控制，源网协调性能有待提高。这两大问题成为了制约我国新能源发展的瓶颈，如果不能得到有效解决，会严重影响我国新能源发展目标的实现。
　　引入储能系统组成风光储联合发电系统是解决上述问题的有效途径，因此，深入分析风、光、储三者之间的相互影响及互补机理，建立风、光、储的协调运行和互动调度机制成为了一项重要研究课题。
　　在上述背景下，本文以改善新能源发电特性、提高其源网协调性能为出发点，以联合电站输出功率的运行控制要求为导向，对风光储联合发电系统的有功协调控制技术进行了深入、细致的研究，其主要工作和创新成果如下:
　　(1)风电机组、光伏阵列、储能系统的建模是论文研究的基础，本文在分析了双馈型异步发电机(DFIG)、太阳能电池、全钒液流电池(VRB)储能单元的数学模型和并网基本结构的基础上，分别构建了它们的PSCAD并网控制模型。
　　(2)针对风光出力的波动性和间歇性，提出了基于低通滤波原理和基于荷电状态(SOC)反馈的储能平滑控制策略，主要包括波动平抑算法和储能电池的能量调度策略;针对风光出力的不确定性，提出了计划跟踪控制策略，研究了计划跟踪下风力发电、光伏发电和储能蓄电三者之间的协调控制。通过仿真算例验证了控制策略的有效性。
　　(3)以储能作为平抑频率波动的辅助措施，提出了风光储联合发电系统参与AGC平抑频率波动的分层控制策略，该控制策略从15分钟的日内有功调度周期出发，整个控制策略分成三层:波动平抑层、超前控制AGC层和AGC控制层，每一层设置不同调节性能的调频机组，通过它们之间的优化调度，以起到减小电网频率波动的作用，该频率控制策略为解决风电、光伏大规模并网所带来的频率问题提供了一种思路。
　　(4)依托“国家风光储输示范工程”，从风光储输示范工程的有功控制需求出发，设计研发了风光储联合并网发电站的有功监控系统，该系统集平滑电站功率输出、计划跟踪、频率控制各项功能于一体。通过对示范工程的有功控制试验表明:本文所提出的有功控制策略能起到优化调度风、光、储3种新型能源的效果，使风光储联合电站的有功输出可控、在控，提高了其源网协调性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．1．1 风电、光伏并网对电力系统有功／频率的影响

1．1．2 电化学储能系统及其性能概述

1．1．3 电化学储能系统参与频率调整的可行性分析

1．2 风光储联合发电的提出及其应用

1．3 本文所做的工作

第二章 联合发电系统的控制建模及仿真

2．1 风力发电系统的并网建模及仿真

2．1．1 系统组成

2．1．2 并网控制建模

2．1．3 DFIG的控制模型仿真验证

2．2 光伏并网模型、控制算法及仿真

2．2．1 光伏并网发电系统的基本结构

2．2．2 光伏电池模型

2．2．3 并网控制模型

2．2．4 光伏电池组控制模型仿真验证

2．3 全钒液流电池储能系统的控制模型及仿真

2．3．1 储能系统的基本结构

2．3．2 VRB电池模型与并网控制建模

2．3．3 VRB电池储能系统的仿真模型

2．4 本章小结

第三章 联合发电系统的有功控制策略

3．1 平滑电站的功率输出

3．1．1 波动平抑算法

3．1．2 储能平滑控制策略

3．1．3 波动平抑仿真分析

3．2 跟踪计划出力曲线

3．2．1 计划跟踪实现方法

3．2．2 计划跟踪仿真分析

3．3 本章小结

第四章 联合发电系统参与AGC抑制频率波动的分层控制

4．1 分层控制框架

4．2 控制策略

4．2．1 波动平抑层

4．2．2 超前AGC控制层

4．2．3 AGC控制层

4．3 算例分析

4．4 本章小结

第五章 风光储联合并网发电站有功监控系统的设计与试验研究

5．1 系统总体方案设计

5．1．1 系统技术需求

5．1．2 系统总体架构

5．1．3 软件功能设计

5．2 控制策略实现

5．2．1 储能平滑实现方法

5．2．2 计划跟踪实现方法

5．2．3 频率控制实现方法

5．2．4 控制命令的校核

5．3 监控系统有功控制试验

5．3．1 试验环境

5．3．2 系统测试

5．3．3 不同组合发电有功控制

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

附录